CN103023936B - 一种多层次网络系统及基于该网络系统的任务执行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多层次网络系统及基于该网络系统的任务执行方法，该系统用于管理、调度底层的物理设备，从下向上依次包含：虚拟连接层，将若干物理设备连接成一个资源网络；虚拟独立服务单元层，用于从虚拟连接层聚合物理资源，形成虚拟独立服务单元，为任务提供单一基础服务的最小单位；服务协作层，将多个类型的虚拟独立服务单元按照需求连接成服务协作虚拟网络，由服务协作虚拟网络中的虚拟独立服务单元共同协作完成指定的任务；和服务控制层，用于开放给第三方开发者的若干接口，所述接口屏蔽网络系统的具体实现，以服务的方式提供网络系统的资源；其中，所述网络系统的每个层次的功能通过硬件、软件或软件模块的方式部署在所述物理设备上。

Description

一种多层次网络系统及基于该网络系统的任务执行方法

技术领域

本发明涉及由众多物理设备组成的基础网络架构，尤其涉及一种基于服务虚拟化、具有云服务特征、开放接口的网络系统及实现方法，即一种多层次网络系统及基于该网络系统的任务执行方法。

背景技术

根据中国互联网络信息中心(CNNIC)2011年最新发布的《第27次中国互联网络发展状况统计报告》显示，截止2010年12月，中国网民规模达到4.57亿，较2009年底增加7330万人，其中，国内网络视频用户规模为2.84亿，在网民中的渗透率约为62.1％，年增长4354万人，年增长率达18.1％。另一方面，Cisco公司2010年发布的互联网流量统计，视频流量大约占据了互联网流量的90％。

在这样的背景下，各种互联网业务对硬件设备的需求也迅速增长。传统的解决方法是通过大量的设备部署来满足应用需求。然而，如果为每个应用都部署大量设备，一方面给服务提供商带来了很大的成本压力，另一方面，设备无法得到充分利用，带来了资源的巨大浪费。如何将这些设备的资源充分利用起来部署不同的服务成为一个重要的问题。针对这个问题，虚拟化技术得到了越来越多的关注。

在计算机科学中，虚拟化(Virtualization)是一个表现逻辑群组或电脑资源的子集的进程，用户可以用比原本的组态更好的方式来存取这些进程。这些资源的虚拟部份是不受现有资源的架设方式，地域或物理组态所限制的。IBM从模式的观点定义虚拟化为“是资源的逻辑表示，它不受物理限制的约束”。基于这个观点虚拟化可分为以下几类，包括单一资源的多个逻辑表示、多个资源的单一逻辑表示、在多个资源之间提供单一逻辑表示、单个资源的单一逻辑表示以及复合或分层虚拟化。

单机的虚拟化主要是为了屏蔽物理硬件的细节，在同一台机器上安装不同的操作系统而实现的。为了满足弹性资源、稳定可靠的资源共享等需求，基于网络的资源虚拟化逐渐成为了虚拟化的主流。云计算正是以虚拟化技术为基础，以互联网为载体、以提供基础架构、平台、软件等服务为形式，整合大规模可扩展的计算、存储、数据、应用等分布式计算资源进行协同工作的超级计算模式。云计算通过将各种互联的计算、存储、数据、应用等资源进行有效整合并实现多层次的虚拟化与抽象，有效地将大规模的计算资源以可靠服务的形式提供给用户，从而将用户从复杂的底层硬件逻辑、网络协议、软件架构中解放出来。当云计算系统运算和处理的核心是大量数据的存储和管理时，云计算系统中就需要配置大量的存储设备，那么云计算系统就转变成为一个云存储系统，所以云存储是一个以数据存储和管理为核心的云计算系统。

目前，包括谷歌、IBM、微软、亚马逊、EMC、vMware、Salesforce、Alisoft等知名IT企业纷纷推出云计算解决方案，主要集中在以基础设施或平台形式为用户提计算环境、廉价的海量数据存储、以及在计算与存储能力之上构建的各种服务，即当前云的三种主要服务模式——IaaS、PaaS、SaaS。IBM的“蓝云”(Blue Cloud)计算平台采用了Xen、PowerVM虚拟技术和Hadoop技术，帮助客户构建云计算环境。Google使用了可扩展的分布式文件系统Google File System(GFS)，实现对PB级海量数据进行高效的集群式存储，以应用托管、企业搜索以及其他形式为企业提供云式服务。Amazon的Amazon Web Services(AWS)包括四种主要的服务：Simple StorageService(S3，简单存储服务)、Elastic Compute Cloud(EC2，弹性可扩展云计算服务器)Simple Queuing Service(一种简单的消息队列)；以及仍处在测试阶段的SimpleDB(简单的数据库管理)。Sun提出的“云计算可描述在从硬件到应用程序的任何传统层级提供的服务”的观点。微软的Azure云平台以微软全球基础服务系统为基础，向上搭建应用服务平台、开发者接口及最终的在线服务。很多开源云计算平台项目也都提出了较完整的体系结构设计，比较成熟的包括AbiCloud、Eucalyptus、MongoDB、ECP、Nimbus等项目。同时，国内外学术界也纷纷就云计算进行深层次的研究。现有研究大多集中于云体系结构、云存储、云数据管理、虚拟化、云安全、编程模型等方面。

但是对需求变化快、服务质量要求高、网络流量大的业务，特别是对于占当今互联网流量绝大部分的流媒体业务，上述云计算解决方案仍然存在一些不足：

1)现在的云计算解决方案的基础设施都是在数据中心实现的，往往规模很大，需要的带宽很高，导致投资成本很高，普通的中小企业无力负担。而很多业务的特点是，初期用户少，并不需要很强的处理能力，随着业务的发展，所需要的处理能力爆炸式增长。对于这些业务，企业可以有两种选择，一种是将业务部署于已有的云计算平台，按照实际处理能力向这些云计算平台提供商付费，但是当业务越来越大的时候，企业所需付出的成本越来越高，如果此时企业想改变部署方式，向其他云计算平台迁移或搭建自己的平台，所需要的迁移成本更是无法估量；另外一种方式是一开始就搭建自己的业务平台，此时初期的部署成本很高，并且设计之初就必须考虑到业务发展以后可能的处理能力需求。因此，一种能够按需部署设备，且部署地点自由，部署方式灵活的网络系统有很高的存在价值；

2)现有的云计算解决方案都是集中式的，离用户的距离往往很远，数据传输通常需要经过很复杂的链路环境，对于需要保证服务质量、网络流量巨大的业务(流媒体业务就是一个典型代表)的支持能力并不是很好。因此，以在网络边缘部署设备的方式建设的分布式网络更适合这些业务；

3)现有的云计算解决方案提供资源的方式主要有两种，第一种提供一般形式的虚拟主机，跟普通的物理主机没有任何差别，可以部署任何形式的业务；另外一种方式是提供有限的接口，只能用来执行特定的任务。注意到，在实际的业务中，许多高于物理资源粒度，又非常通用的基础功能常常被使用到，例如在流媒体业务中，存储、转码、流化功能是许多业务都使用到的。更复杂的功能往往是这些基础的功能的逻辑组合，而这些基础功能对物理资源的需求往往差别很大，例如存储功能对CPU、内存等资源的需求很少，而转码功能就需要很多的CPU资源。因此，如果针对这些通用的基础功能定制大粒度基础服务，将极大地简化大量业务的开发、部署。

针对当前云计算解决方案部署这些业务时存在的不足，即现有的业务首先需求变化快，要求能够方便的动态扩展服务能力；然后，业务服务质量要求高，要求能够满足苛刻的传输时延等服务质量要求；最后，为简化业务流程，要求提供大粒度基础服务。为此我们提出了一种基于服务虚拟化、具有云服务特征、开放接口的网络系统。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术的网络系统在部署业务过程中存在的上述问题，从而提供一种多层次网络系统及基于该网络系统的任务执行方法。

本发明提供的一种多层次网络系统为基于服务虚拟化、具有云服务特征、开放接口的网络系统，将众多的物理设备连接起来，以大粒度服务的形式对外提供资源，从而达到多种业务共享硬件资源，满足用户对业务苛刻的服务质量要求的目的。

为了实现上述目的，本发明提供一种多层次网络系统，该系统采用开放接口接收第三方任务并将任务分配给底层的物理设备资源进行协作处理，所述网络系统从下向上依次包含：

虚拟连接层，将若干物理设备连接成一个资源网络，用于为网络系统提供物理设备资源；

虚拟独立服务单元层，用于从虚拟连接层聚合物理资源，形成虚拟独立服务单元，为任务提供单一基础服务的最小单位；

服务协作层，将多个类型的虚拟独立服务单元按照需求连接成服务协作虚拟网络，由服务协作虚拟网络中的虚拟独立服务单元共同协作完成指定的任务；和

服务控制层，用于开放给第三方开发者的若干接口，所述接口屏蔽网络系统的具体实现，以服务的方式提供网络系统的资源；

其中，所述接口接收任务请求，并负责最终返回网络系统的任务执行结果；所述网络系统的每个层次的功能通过硬件、软件或软件模块的方式部署在所述物理设备上。

优化的，所述系统还可以包含：全局认知管理层，用于收集所述各个层次的运行信息，并结合所述网络系统的历史运行信息，预测网络的运行状况。其中，所述网络运行状况采用人工神经网络或遗传算法进行预测。

上述技术方案中，所述服务协作层分析要完成任务所需的虚拟独立服务单元的种类和数量，由虚拟服务单元层提供所需的虚拟独立服务单元，并将他们组织成一个服务协作虚拟网络，由所述服务协作虚拟网络中的虚拟独立服务单元协作共同完成某一输入任务。

所述虚拟连接层连接物理设备的方式包含集中式或P2P方式，且所述虚拟连接层采用集中式或者分布式算法管理物理设备资源，并负责物理设备资源的申请、回收或访问。

所述虚拟独立服务单元层对每种虚拟独立服务单元所需要的每种物理资源的数量进行量化，然后在生成虚拟独立服务单元的时候，根据量化的值聚合相应数量的物理设备资源。

本发明还提供一种基于多层次网络系统的任务执行方法，该方法采用上述技术方案所述的网络系统处理第三方输入的任务，所述方法为：

步骤1，根据系统所提供的基础服务，将任务拆分为若干具有某种逻辑关系的基础任务。

步骤2，所述若干基础任务，由若干虚拟独立服务单元协作完成。

可选的，所述步骤1进一步包含：

步骤1-2，某一设备的上层程序调用服务控制层的接口，发起一个任务，服务控制层将任务翻译成服务协作层的服务需求。

步骤1-3，服务控制层将服务需求传递给服务协作层，分析该服务包含的基础服务的种类由此确定所需要的虚拟独立服务单元数量和类型；服务协作层要求虚拟独立服务单元层生成其所需数量和种类的虚拟独立服务单元。

上述技术方案中，所述步骤2进一步包含如下步骤：

步骤2-1，虚拟独立服务单元层调用虚拟连接层接口聚合物理资源，生成虚拟独立服务单元。

步骤2-2，服务协作层依据建立的虚拟独立服务单元的逻辑关系组成服务协作虚拟网络。

步骤2-3，输入的基础服务按照逻辑顺序分配到不同的虚拟独立服务单元执行，执行过程中，服务协作层负责协调各虚拟独立服务单元实例的运行状态。

优化的，所述方法还包含如下步骤：当所述任务执行完毕，所述服务协作层汇总结果，并撤销建立的服务协作虚拟网络，占用的物理设备资源归还给所述虚拟连接层。

与现有技术相比，本发明的技术优势为：

1)本发明的网络系统的物理设备部署地点自由，部署方式灵活，不需要建设成本高昂的专用数据中心，投入成本小，能够按需动态扩展部署规模。

2)在网络的边缘部署设备，能够满足用户对传输延时、传输速度等服务质量的苛刻要求。

3)提供大粒度基础服务，更复杂的业务可以由这些基础服务逻辑组合而成，简化了新业务的开发、部署过程。

本发明的应用场景特别适用于但不局限于流媒体业务，因为这些业务：

1)初期无法估计部署规模，随着用户数量的发展，部署规模极易发生剧变。

2)对传输延时、传输速度等服务质量极为敏感。

3)需要的基础功能粒度比较大且很通用。

附图说明

图1为本发明的虚拟连接层基于服务虚拟化、具有云服务特征、开放接口的网络系统层次示意图；

图2为本发明提供实施例的一个典型任务执行流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的基于服务虚拟化、具有云服务特征、开放接口的网络系统进行详细的说明。

本发明提出的一种基于服务虚拟化、具有云服务特征、开放接口的网络系统，包括4个层次：虚拟连接层、虚拟独立服务单元层、服务协作层、服务控制层，其特征在于：

1)所述网络系统每个层次的功能通过硬件、软件或软件模块的方式部署在网络中的物理设备上，部署的方式可能有以下几种：

a)物理设备实现全部层次的全部功能；

b)物理设备实现部分层次的全部功能，例如有些物理设备不准备用来响应第三方应用程序接口调用，就可以不部署实现服务控制层所需要的硬件、软件或软件模块；

c)物理设备实现部分层次的部分功能，例如，如果一台设备只用来存储数据，那么它可以只实现虚拟连接层的存储部分的功能；

d)方式b)和c)的组合，即部署的有些层次实现完整的功能，有些层次只实现部分功能。

2)所述虚拟连接层将地理位置分散的众多物理设备连接成一个网络，对这些物理设备的资源进行管理，并自动处理物理设备的加入、退出等动作。虚拟连接层的设备对于上层来说是透明的，上层看到的是一个可以自我维护和管理的物理资源组成的“云”，整个“云”的资源都可以为上层所用，上层根据需要向“云”获取资源，而无需关注资源的具体实现形式。

虚拟连接层连接设备的方式可以是常见的集中式、P2P方式。根据连接设备方式的不同，虚拟连接层可以采用集中式或者分布式算法来管理物理资源，并负责物理资源的申请、回收、访问控制等操作。具体的实现细节，本专业领域内的普通技术人员均能完成，这里不再赘述。

3)所述虚拟独立服务单元层在必要的时候，从虚拟连接层聚合物理资源，采用虚拟化技术生成虚拟节点，这些虚拟节点称之为虚拟独立服务单元，是提供单一基础服务的最小粒度单元。

不同的任务有不同的完成方式，所需要的资源的类型和数量也是不同的，但是注意到，绝大多数任务都可以拆分一些基础的任务(存储、计算、流化、转码等)，由这些基础的任务以某种逻辑方式完成。在所述网络系统中，这些基本的任务被当作基础的服务，由虚拟独立服务单元完成。因此，不同的任务执行问题，就转化为不同虚拟独立服务单元间协作的问题。

为了生成不同类型的虚拟独立服务单元，需要对每种虚拟独立服务单元所需要的每种物理资源的数量进行量化，然后在生成虚拟独立服务单元的时候，根据量化的值聚合相应数量的物理资源。虚拟独立服务单元的种类可以预先定义好，也可以在系统运行时动态添加、调整，或者两者兼而有之。

虚拟独立服务单元的具体实现形式可能是虚拟机或虚拟机集合，也可能是其他能够隔离物理资源的技术，不再赘述。

4)所述服务协作层在执行任务的时候，负责将多个相同或不同类型的虚拟独立服务单元按照需求连接成一个虚拟网络，将任务按照逻辑、粒度、功能等因素进行拆解，分配给虚拟网络中的虚拟独立服务单元完成。这个虚拟网络在所述系统中，称之为服务协作虚拟网络。在执行完任务后，服务协作虚拟网络撤销。

服务协作虚拟网络中的虚拟独立服务单元可能是动态建立的，也可能是已经存在的。不管是哪种方式，每一个虚拟独立服务单元在一个时刻只能属于一个服务协作虚拟网络，但是在它的生命周期里可以作为不同服务协作虚拟网络的成员。

服务协作虚拟网络的具体实现，与普通的虚拟网络并没有本质区别，本专业领域内的普通技术人员均能完成，这里不再赘述。

5)所述服务控制层定义了开放给第三方开发者的一些接口，这些接口屏蔽了所属网络的具体实现，以服务的方式提供系统的资源。本层次的具体实现，本专业领域内的普通技术人员均能完成，这里不再赘述。

优化的，所述网络系统，为了优化网络系统的性能，引入一个额外的独立层次，全局认知管理层，其特征在于：

所述全局认知管理层承担网络服务管理器的功能，收集当前网络系统各个层次的运行信息，并结合网络系统的历史运行信息，采用人工神经网络、遗传算法等算法对网络的未来运行状况进行预测，为网络系统各个层次的决策提供一些指导，从而达到优化网络系统性能的目的。

所述全局认知管理层收集的运行信息，可能包括物理设备的资源使用情况、网络链路状态、每个物理设备上宿主的虚拟独立服务单元数量、每个区域中服务协作虚拟网络的数量、每个物理设备接收请求的数量等信息。

所述全局认知管理层的预测算法可以是集中式的也可以是分布式的。集中式的算法需要部署专门的服务器，汇总所有的信息，进行计算，并将计算结果分发到网络中；分布式的算法由网络中的已有的物理设备即可完成，但是得到的信息可能只是局部的，得到的计算结果也是局部的。

所述全局认知管理层的优化结果根据优化的目标，可能有所不同：如果以网络系统的负载均衡为目标，则需要平衡各个物理设备的负载；如果以节省成本为优化目标，则可以根据网络系统的资源利用情况，有选择地让一部分比较空闲的物理设备进入省电状态。总之，优化目标决定了优化算法的选择。

全局认知管理层的具体实现，本专业领域内的普通技术人员均能完成，这里不再赘述。

所述的网络系统的一种任务执行方法，其特征在于：

1)服务控制层通过开放的接口接收任务请求，并负责最终返回任务执行结果；

2)服务控制层分析完成特征1所述的任务所需要的虚拟独立服务单元种类和数量，要求虚拟服务服务单元层提供这些虚拟独立服务单元，并将他们组织成一个服务协作虚拟网络，由这个服务协作虚拟网络中的虚拟独立服务单元协作共同完成任务；

3)虚拟独立服务单元层按照服务控制层的要求提供虚拟独立服务单元，虚拟独立服务单元是具体执行步骤1所述任务的实体；

4)虚拟连接层提供网络中物理资源，这些物理资源按照需要分配给虚拟服务服务单元。

图1为本发明的虚拟连接层基于服务虚拟化、具有云服务特征、开放接口的网络系统层次示意。如图1所示，该网络系统按照功能划分，包括4个层次：虚拟连接层、虚拟独立服务单元层、服务协作层、服务控制层，另外为了对整个网络系统进行优化，引入了额外的全局认知管理层。虚拟连接层的功能是，将众多的物理设备连接成一个资源网络；虚拟独立服务单元层的功能是，在必要的时候，从虚拟连接层的物理设备上聚合物理资源，形成虚拟节点，这些虚拟节点在本系统中被称为虚拟独立服务单元，是提供单一基础服务能力的最小粒度单元；服务协作层的功能是，将多个不同或相同类型的虚拟独立服务单元按照需求连接成虚拟网络，由虚拟网络中的虚拟独立服务单元协作完成指定的任务；服务控制层的功能是，开放一些接口给第三方开发者，这些接口屏蔽了本网络的具体实现，以服务的方式提供网络系统的资源；额外引入的全局认知管理层的功能是，对当前网络系统的状态进行监测，并指导整个网络运行状态的优化。

图2为本发明的一个典型任务执行流程图，包括如下步骤：

1)某一设备的上层程序调用服务控制层的接口，发起一个任务。

2)服务控制层将任务翻译成服务协作层可以理解的服务需求。

3)服务控制层将服务需求传递给服务协作层。

4)服务协作层分析完成该服务需求所需要的虚拟独立服务单元数量和类型。

5)服务协作层要求虚拟独立服务单元层生成相应的虚拟独立服务单元。

6)虚拟独立服务单元层调用虚拟连接层接口聚合物理资源，生成虚拟独立服务单元。

7)服务协作层建立步骤6建立的虚拟独立服务单元组成服务协作虚拟网络。

8)任务按照逻辑顺序分配到不同的虚拟独立服务单元执行，执行过程中，服务协作层负责协调各虚拟独立服务单元实例的运行状态。

9)任务执行完毕，服务协作层汇总结果，步骤7生成的服务协作虚拟网络撤销，占用的资源归还给虚拟连接层。

10)服务控制层汇总结果。

11)服务控制层将任务执行结果返回给上层应用。

上述的典型的任务执行过程还可以做一些优化，包括：

1)接收上层应用调用的设备不一定是响应任务的设备，当设备繁忙或者不适合用来处理该任务的时候，可以将任务请求转交到其他设备的服务控制层。

2)虚拟独立服务单元可以不等到有任务执行时才生成，可以预先生成一些备用的虚拟独立服务单元，加快服务协作虚拟网络的创建速度。

3)类似的任务可以由同一个服务协作虚拟网络完成，而不是执行完一个任务就立刻撤销服务协作虚拟网络。

4)一个虚拟独立服务单元在退出一个服务协作虚拟网络后，可以加入其他的服务协作虚拟网络，减少撤销和创建虚拟独立服务单元的开销。

5)任务执行的不同阶段，所需要的虚拟独立服务单元的种类和数量可能是不同的，为了减少资源浪费，服务协作虚拟网络执行任务的过程中，可以动态地调整虚拟独立服务单元的数量和种类。

6)其他可能的优化。

具体的实施过程，本专业领域内的普通技术人员按照上述的步骤即可完成，不再赘述。

实施例

下面结合具体实施例来说明基于服务虚拟化、具有云服务特征、开放接口的网络系统和功能。以全国为例，假设设备的分布情况如下述表1所示：

表1：全国设备分布情况示意

假设所有设备上部署的所述网络系统的软件是完整功能的，即所有层次的所有功能都具备。

假设现在01002号设备上的某个业务的应用程序收到用户的请求，需要将一部10G的影片转码并存储到合肥，同时用户要求整个过程在10分钟之内完成。整个处理的流程如下：

1)应用程序调用01002号设备服务控制层提供的“转码并存储”接口，发起一个“转码并存储”任务；

2)01002号设备服务控制层将任务翻译成服务需求“需要相当于一台4核2.8GHz、2G内存计算能力的机器来转码影片，需要136Mbps的传输带宽来传输影片，需要合肥10G的空间来存储影片”；

3)01002号设备服务控制层将步骤2所述服务需求传递给01002号设备的服务协作层；

4)01002号设备服务协作层分析服务需求，发现需要2个地点不限的转码虚拟独立服务单元和1个合肥的存储虚拟独立服务单元才能完成该任务；

5)01002号设备服务协作层要求01002号设备虚拟独立服务单元层建立步骤4所述的3个虚拟独立服务单元；

6)01002号设备虚拟独立服务单元层调用01002号设备虚拟连接层的查找接口，发现01001号设备、01002号设备、03002号设备是合适的设备，其中01001号设备和01002号设备用于生成转码虚拟独立服务单元，03002号设备用于生成存储虚拟独立服务单元，于是在这三个设备上部署的虚拟独立服务单元层建立相应的虚拟独立服务单元；

7)01001号设备、01002号设备、03002号设备生成的虚拟独立服务单元之间建立连接，形成一个服务协作虚拟网络；

8)任务开始执行，01001号的设备、01002号设备的转码虚拟独立服务单元将分别转码影片的前半部分和后半部分，并将转码后的数据流发往03002号设备的存储虚拟独立服务单元进行组装存储；

9)任务执行完毕，步骤7生成的服务协作虚拟网络撤销，占用的资源归还给虚拟连接层；

10)01002号设备服务控制层得到任务完成的结果；

11)01002号设备服务控制层通知上层应用任务已经完成。

说明文档中的其他内容针对本专业领域内的普通技术人员，均可进行技术实现，这里不再赘述。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种多层次网络系统，该系统采用开放接口接收第三方任务并将任务分配给底层的物理设备资源进行协作处理，所述网络系统从下向上依次包含：

虚拟连接层模块，将若干物理设备连接成一个资源网络，用于为网络系统提供物理设备资源；

虚拟独立服务单元层模块，用于从虚拟连接层模块聚合物理资源，形成虚拟独立服务单元，为任务提供单一基础服务的最小单位；

服务协作层模块，将多个类型的虚拟独立服务单元按照需求连接成服务协作虚拟网络，由服务协作虚拟网络中的虚拟独立服务单元共同协作完成指定的任务；和

服务控制层模块，实现开放给第三方开发者的若干接口，屏蔽网络系统的具体实现，以服务的方式提供网络系统的资源；

其中，所述接口接收任务请求，并负责最终返回网络系统的任务执行结果；所述网络系统的每个层次的功能通过硬件、软件或软件模块的方式部署在所述物理设备上；

所述系统还包含：

全局认知管理层模块，用于收集所述各个层次的运行信息，并结合所述网络系统的历史运行信息，预测网络的运行状况。

2.根据权利要求1所述的多层次网络系统，其特征在于，所述网络运行状况采用人工神经网络或遗传算法进行预测。

3.根据权利要求1所述的多层次网络系统，其特征在于，所述服务协作层模块分析要完成任务所需的虚拟独立服务单元的种类和数量，由虚拟独立服务单元层模块提供所需的虚拟独立服务单元，并将他们组织成一个服务协作虚拟网络，由所述服务协作虚拟网络中的虚拟独立服务单元协作共同完成某一输入任务。

4.根据权利要求1所述的多层次网络系统，其特征在于，所述虚拟连接层模块连接物理设备的方式包含集中式或P2P方式，且所述虚拟连接层模块采用集中式或者分布式算法管理物理设备资源，并负责物理设备资源的申请、回收或访问。

5.根据权利要求1所述的多层次网络系统，其特征在于，所述虚拟独立服务单元层模块对每种虚拟独立服务单元所需要的每种物理资源的数量进行量化，然后在生成虚拟独立服务单元的时候，根据量化的值聚合相应数量的物理设备资源。

6.一种基于多层次网络系统的任务执行方法，该方法采用权利要求1所述的网络系统处理第三方输入的任务，所述方法为：

步骤1，根据系统所提供的基础服务，将任务拆分为若干具有某种逻辑关系的基础任务；

步骤2，所述若干基础任务，由若干虚拟独立服务单元协作完成。

7.根据权利要求6所述的任务执行方法，其特征在于，所述步骤1进一步包含：

步骤1-2，某一设备的上层程序调用服务控制层的接口，发起一个任务，服务控制层将任务翻译成服务协作层的服务需求；

步骤1-3，服务控制层将服务需求传递给服务协作层，分析该服务需求包含的基础服务的种类由此确定所需要的虚拟独立服务单元数量和类型；服务协作层要求虚拟独立服务单元层生成其所需数量和种类的虚拟独立服务单元。

8.根据权利要求6所述的任务执行方法，其特征在于，所述步骤2进一步包含如下步骤：

步骤2-1，虚拟独立服务单元层调用虚拟连接层接口聚合物理资源，生成虚拟独立服务单元；

步骤2-2，服务协作层依据建立的虚拟独立服务单元的逻辑关系组成服务协作虚拟网络；

步骤2-3，输入的基础任务按照逻辑顺序分配到不同的虚拟独立服务单元执行，执行过程中，服务协作层负责协调各虚拟独立服务单元实例的运行状态。

9.根据权利要求6、7或8所述的基于多层次网络系统的任务执行方法，其特征在于，所述方法还包含如下步骤：当所述任务执行完毕，所述服务协作层汇总结果，并撤销建立的服务协作虚拟网络，占用的物理设备资源归还给所述虚拟连接层。